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Niveau Maths sup
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Matrices super chaud

Posté par margotte (invité) 26-03-05 à 10:26

Bonjour pourriez vous m'aider car j'arrive pas à faire cet exo et pourtant je buche dessus depuis deux jours j'ai réussi à faire la première partie c'était un exemple mais je ne vous l'ai pas indiqué ici car ce sont ces 3 autres parties qui me bloquent. Pourriez vous m'aidez svp? MErci bcp.

Dans tout l'exercice p désigne un entier naturel supérieur ou égal à deux.
On note MP(R) l'ensemble des matrices carrées à coefficients réels et IP la matrice identité.
Une matrice M appartenant à MP(R) est dite stochastique si elle satisfait aux deux conditions suivantes :
(i) Pour tout couple (i,j) d'entiers compris entre 1 et p,     (M)ij >=0

(II) Pour tout couple (i, j) d'entiers compris entre 1 et p, sum(j=1 :p)(M)i,j=1

Une matrice appartenant à MP(R) est dite déterministe si elle est stochastique avec des coefficients égaux
à 1 ou 0.
On dit enfin qu'une matrice A de MP(R) est r-périodique (où r £N*)   si Ar = Ip
On note :
• Sp : l'ensemble des matrices stochastiques de MP(R),
• Dp : l'ensemble des matrices déterministes,
• Ap : l'ensemble des matrices déterministes et inversibles.
2) Matrices stochastiques.
a) On pose :U=(colonne 1….1)Mp,1(R)
Montrer que : M £ Sp  si, et seulement si, quelquesoit (i,j) £ [1,p]², (M)i,j>=0 et MU=U
b) Prouver que, pour tout couple (@,µ) de nombres réels tels que@>=0,µ>=0 et @+µ=1, et pour tout couple (M,N) d'éléments de Sp,  @M + µN appartient encore à Sp.
c) Prouver que le produit MN de deux éléments M et N de Sp appartient à Sp.
3) Matrices déterministes.
a) Montrer qu'une matrice M est déterministe si, et seulement si, tous ses coefficients sont égaux à 0 ou à 1 et si chaque ligne de M contient exactement un coefficient égal à 1.
b) En déduire que Dp est un ensemble fini et préciser le nombre de ses éléments.
c) Montrer que card(Ap) = p !
d) Montrer que le produit MN de deux éléments M et N de Dp appartient à Dp.
e) Soit A une matrice déterministe. Prouver qu'il existe un entier r >= 1 et un entier m >= 0 tels que : Am+r = Am. Si de plus A est inversible, A est r-périodique.
f) Soit A une matrice déterministe inversible. Prouver que A^-1 l'est aussi.
4) Matrices stochastiques inversibles.
Soit X et Y des éléments de Sp tels que : XY = Ip.
On se propose de montrer que X et Y sont déterministes inversibles.
a) On pose X = (aj,j) et Y = (bij) et pour tout j compris entre 1 et p,µj = max{b1,j, b2,j…bp,j}
Prouver que µj = 1.
Pour cela, on pourra calculer le coefficient (XY)j,j
b) Montrer que :
sum(i=1 :p)sum(j=1 :p)bi,j=sum(j=1 :p)µj
En déduire que tous les coefficients de Y sont égaux à 0 et 1.
c) Prouver que Y et X appartient à Ap.

Posté par margotte (invité)A l aide au secours! 28-03-05 à 18:34

je parviens toujours pas à trouver les réponses si quelqu'un pouvait m'aider je lui en serais très reconnaissant..
merci...

Posté par
franz
re : Matrices super chaud 28-03-05 à 19:48

2a/
Soit M =\[m_{i,j}\] \; \in \; {\mathcal S}_p
\forall i \in [[1,p]]\;\[M.U\]_{(i)}=\Bigsum_{j=1}^pm_{i,j}.1=1=U_i

Donc  M.U=U

2b/
Soit (M,N) \in {\mathcal S}_p^2
(\alpha M + \mu N).U=\alpha M.U + \mu N.U = \alpha U + \mu U = (\alpha + \mu ).U=U
donc
(\alpha M + \mu N)\in \; {\mathcal S}_p

2c/
(M.N).U =M.(N.U) =M.U=U
M.N\in \; {\mathcal S}_p

Posté par margotte (invité)Merci 28-03-05 à 20:13

Ok j'ai bien compris cette partie par contre pour le reste ca se corse j'arrive toujours pas à trouver clairement les réponses.
Pouvez vous m'aider?
Encore merci

Posté par
franz
re : Matrices super chaud 28-03-05 à 21:13

3a/
M%20=\[m_{i,j}\]%20\;%20\in%20\;%20{\mathcal%20D}_p

\forall%20i%20\in%20[[1,p]]\;\[M.U\]_{(i)}=\Bigsum_{j=1}^pm_{i,j}.1=1

Or \forall%20(i,j)\in%20[[1,p]]^2\;m_{i,j}=\{\array{0\\1}

Pour tout entier i, il existe donc un unique j\in%20[[1,p]] \; {\rm tel que }\;m_{i,j}=1

3b/
Pour chaque ligne , on a  p façons de placer le 1, les autres coefficients étant nuls.
\Longrightarrow\large {\rm Card}({\mathcal%20D}_p)=p^p

3c/
Une matrice de {\mathcal%20D}_p est inversible ssi rg({\mathcal D}_p)=p=\dim\({\rm Vect}(C_1,C_2,\cdots,C_p)\)  où les C_i sont les colonnes de la matrice.
Il faut donc qu'il y ait aussi un seul terme égal à 1 par colonne de la matrice. Le nombre cherché est donc le nombre de bijections de [[1,p]] vers [[1,p]] c'est-à-dire
\Longrightarrow\large {\rm Card}({\mathcal%20A}_p)=p!

Posté par
franz
re : Matrices super chaud 28-03-05 à 21:19

3d/
Tu as vu que le produit de 2 matrices stochastiques était stochastique.
Par la suite, d'une part     \[M.N\]_{i,j}=\Bigsum_{k=1}^pm_{i,k}n_{k,j}\in {\mathbb N}
d'autre part    1=\Bigsum_{j=1}^p\[M.N\]_{i,j}

implique qu'il existe un seul égal à 1 par ligne, les autres étant nuls.

Posté par
franz
re : Matrices super chaud 28-03-05 à 21:27

{\rm%20Card}({\mathcal%20D}_p)=p^p et \forall n\in{\mathbb N}, A^n\in {\mathcal%20D}_p .

Si on considère l'application \array{f : & {\mathbb N} & \longrightarrow & {\mathbb N}\\ & n & \to & A^n}, de par la dimension des ensembles de départ et d'arrivée cette application ne peut pas être injective.

\Longrightarrow \exists (n,m)\in {\mathbb N} \; {\rm tel que } \;\{ \array{n>m \\ \vspace{5} \\ A^m=A^n} d'où le résultat en posant r=n-m.
La fin de la question découle du fait que si A est inversible, il en est de même de A^m

Posté par
franz
re : Matrices super chaud 28-03-05 à 21:30

3f/
On vient de voir qu'une matrice déterministe inversible est r-périodique.

A^r=I_p=A^{r-1}.A donc A^{-1}=A^{r-1}
De plus le produit de deux matrices déterministes étant déterministe, A^{r-1} est déterministe d'où le résultat.

Posté par
franz
re : Matrices super chaud 28-03-05 à 22:00

4a/
\array{ccl$(X.Y)_{j,j} & = & \Bigsum_{k=1}^p a_{j,k}b_{k,j} \\ & \le & \Bigsum_{k=1}^p a_{j,k}\,\mu_j \hspace{100}{\rm car tous les termes sont positifs}\\ & \le & \mu_j \Bigsum_{k=1}^p a_{j,k} \\ & \le & \mu_j \,.\,1 \\& \le & \mu_j }

Si X.Y=I_p, (X.Y)_{j,j}=1 donc  \mu_j\ge 1.
Or \forall k \in [[1,p]]\; b_{k,j} \le 1 donc

               \mu_j = 1

Posté par margotte (invité)Merci encore 29-03-05 à 18:30

Bonjour,
je viens d'étudier toutes les réponses que vous m'avez donné et je dois dire que c'est pas infaisable mais faut y penser à l'astuce qui fait que. Je viens de débuter les matrices et je sens que je n'ai pas encore bcp d'expérience sur ce sujet. J'ai essayé de chercher les deux dernières questions du problème mais je n'ai toujours aucune inspiration elles me semblent tout de meme plus corsées que les précédentes. Pouvez vous m'aider?
Encore merci

Posté par margotte (invité)Précision 30-03-05 à 18:52

Bonjour, j'ai juste un petit soucis avec la question 3c on a pas encore fait la liaison entre les matrices et les sous espaces vectoriels comment puis je expliquer autrement que dim(vect(C1,C2..Cp)=p...
Merci encore



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